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Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Pflanzenfasern für die
Herstellung von Papier Zur Herstellung von Papier. Pappe od. dgl. werden Pflanzenfasern
verwendet, die durch ein chemisches, halbchemisches oder auch mechanisches Aufschlußverfahren
aus Holz oder Einjahrespflanzen usw. gewonnen werden und die den sogenannten Halbstoff
bilden. Um dem durch Aneinanderfügen einzelner Fasern gebildeten Papier od. dgl.
gewisse Festigkeitseigenschaften (Reißlänge, Dehnung, Weiterreißfestigkeit usw.)
zu verleihen, muß der Halbstoff weiter zu Ganzstoff aufbereitet und dazu der Charakter
der einzelnen Fasern, insbesondere deren Oberfläche, so verändert werden, daß die
Fasern nach erfolgter Trocknung den gewünschten Festigkeitseigenschaften entsprechend
fest aneinanderhaften.
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Eine bekannte Art der Aufbereitung von Halbstoff zu Ganzstoff besteht
in dem sogenannten »Mahlen« der Fasern. Die Fasd& werden dazu mit Wasser zu
einer Suspension gemischt, wobei die Stoffdichte im allgemeinen 21/.-, bis 611/o
atro, höchstens bis zu 80/0, beträgt. Suspensionen mit darüber hinausgehenden
Stoffdichten sind zum Mahlen nicht verwendbar. Das Mahlen der Fasern erfolgt zwischen
mindestens zwei eine Relativgeschwindigkeit zueinander aufweisenden Werkzeugen aus
Buntmetall, Stahl oder Steinzeug. Die Fasern werden beim Mahlen in ihrer Länge gekürzt,
aber auch gequetscht. Wie neuere Untersuchungen ergeben haben, ist beides für die
Herstellung von Papier mit hohen Festigkeitswerten unzweckmäßig, Die bekanntesten
Mahleinrichtuneen sind Holländer, Jordanmühlen und Refiner.
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Eine andere bekannte Art der Weiterverarbeitung von Halbstoff züi
Ganzstoff besteht in einem Knet-und Walkverfahren, wie es mit Kollergängen, Ein-und
Zweiwellenzerfaserern, Curlatoren usw. erreicht wird. Die Fasern werden in diesen
Maschinen in sich gerieben, wodurch eine Art Kräuselung der Fasern eintritt. Eine
Kürzung der Fasern findet dabei im allgemeinen nicht statt. Derartige Maschinen
arbeiten bei Stoffdichten von 22 bis 350/0. Gemische mit geringeren oder höheren
Stoffdichten können nicht verarbeitet werden.
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Es sind ferner sogenannte Stab- und Kugelmühlen bekannt, bei denen
durch die rollende und die reibende Bewegung der Stäbe bzw. Kugeln eine Zerkleinerung
und eine Aufbereituna des Halbstoffes zu Ganzstoff erzielt werden soll. Es ist ferner
auch bekannt, Halbstoffsuspensionen unter hohem Druck auf eine mit Rippen versehene
Prallplatte aufzuspritzen, um so eine Faseraufbereitung herbeizuführen. Allen diesen
Einrichtungen haftet unter anderem der Nachteil an, daß sie mit einem sehr schlechten
Wirkungsgrad arbeiten, da die vorhandene Bearbeitungsfläche im Verhältnis zur gesamten
Oberfläche der jeweils in der Einrichtung befindlichen zu behandelnden Fasern äußerst
gering ist, so daß bei der Bearbeitung nur ein geringer Teil der Fasern mit der
Bearbeitungsfläche in ausreichende Berührung gelangt. Wie theoretische Untersuchungen
gezeigt haben, arbeiten z. B. Mahlmaschinen für niedrige Stoffdichten mit einem
Wirkungsgrad von weit unter 11/o. Bei den mit hohen Stoffdichten arbeitenden Einrichtungen
(Kollergängen usw.) tritt ferner der Nachteil auf, daß die Fasern infolge ihrer
hohen Konzentration in der Suspension den Werkzeugen nicht genügend ausweichen können
und daher unerwünschterweise beschädi-t werden.
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Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, um einen Holzstoff zum unmittelbaren
Herstellen von Platten oder geformten Gegenständen durch mechanische Zerkleineruna
von Holzschnitzeln vorzugsweise harzreicher Hölzer, gegebenenfalls nach vorheriger
chemischer Einweichung derselben, und anschließendes Pressen und Erhitzen ohne Hinzufügen
von fremden Bindemitteln dadurch zu erzeuaen, daß die mit dem Doppelten ihres Trockengewichtes
mit Wasser angefeuchteten Holzschnitzel mit Sand oder ähnlich harten, körnigen Stoffen
vermischt und dann unter wiederholter Pressung in einem geeigneten Kolleraan- aeknetet
werden. Bei dieser Behandlungsweise bleibt die ursprüngliche Struktur der vermischt
mit den körnigen Stoffen in den Kollergang eingebrachten Holzschnitzel auch nach
deren Bearbeitunc, im Koller-ane erhalten. Die Erzeugung & L-
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von soyenanntein Halbstoff (in papiertechnolo-ischem Sinn) aus robem Holz
oder die Umwandlung von solchem Halbstoff in »Ganzstoff«, so, daß die aus dem Holz
-ewonnenen Fasern als Einzelfasern von ceeicneter Länge in wässeriger Aufschwemmung
auf
einer Papiermaschine zu Papier verarbeitet werden können, ist bei diesem bekannten
Verfahren offenbar weder beabsichtigt noch möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Aufbereitungsverfahren für zur Herstellung
von Papier oder dergleichen geeignete Pflanzenfasern zu entwickeln, das die Nachteile
der bekannten Verfahren vermeidet, bei dem also insbesondere das Verhältnis von
Bearbeitungsfläche zur Gesamtoberfläche der jeweils in der Einrichtung befindlichen
aufzubereitenden Fasern beträchtlich gesteigert und dadurch die aufbereitete Fasermenge
bei gleichem Energiebedarf wesentlich größer ist als bei den bekannten Verfahren.
Außerdem soll das neue Verfahren einen Ganzstoff liefern, der sich auf der Papiermaschine
allein oder in Mischung mit anderen Fasern in günstiger Weise zu Papier mit guten
Festigkeitseigenschaften verarbeiten läßt.
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Zur Durchführuno, einer solchen Aufbereitune, von C t3 chemisch,
halbchemisch oder mechanisch gewonnenen Pflanzenfasern (Halbstoff) zu Ganzstoff
für die Herstellung von Papier, Pappe od. dgl. wird gemäß der Erfindung ein Verfahren
vorgeschlagen, bei welchem die in einem polaren Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser,
aufgeschwemmten Fasern bei einer Stoffdichte von 10 bis 20% zwecks Abhebung der
Primärwand von der Pflanzenfaser mit einer Menge scharfkaritigen Teilchen
- deren Abmessungen nicht größer als die mittlere Länge der Fasern sind
- vermengt und anschließend geknetet und gewalkt werden. Die günstigste Stoffdichte
hängt dabei von der Art der zu verarbeitenden Fasern ab.
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Wie aus dem heutigen Stand der Zellulosefaserforschung bekannt ist,
besitzt die in den Pflanzenfasern eingelagerte Heinizellulose nach entsprechender
Wasseraufnahme eine vorzügliche Bindekraft. Diese Hemizellulose ist in der von einer
wasserunlöslichen, wasserundurchlässigen, sogenannten Primärwand der Pflanzenfasern
bedeckten, Wasser aufnehmenden, sogenannten Sekundärwand eingelagert. Die Ausnutzung
der Bindekraft der Hemizellulose bei der Herstellung von hochfestem Papier od. dgl.,
wodurch die Zumischung besonderer Bindemittel zumindest weitgehend eingeschränkt
werden kann, wird dadurch ermöglicht, daß bei der intensiven Bearbeitung unter Zuhilfenahme
einer Menge scharfkantiger Teilchen die Primärwand der Pflanzenfasern von diesen
Teilchen aufgerissen und von der Sekundärwand abgehoben wird. Infolgedessen kann
Wasser in diese eindringen und die in der Sekundärwand eingelagerte Heinizellulose
zum Quellen bringen. Wenn man in solcher Weise gemäß der Erfindung aufbereitete
Pflanzenfasern mit offen zutage tretender gequollener Hemizellulose in der Sekundärwand
in der üblichen Weise zu Papier verarbeitet, erhält dieses wesentlich bessere Festigkeitseigenschaften
als. bei ausschließlicher Verwendung von in herkömmlicher Weise aufbereiteten Pflanzenfasern.
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Die große Menge der beigemischten scharfkantigen Teilchen erhöht die
Bearbeitungsfläche der Au& bereitungseinrichtung um ein Vielfaches, da ja die
gesamte Oberfläche der in die Fasern eingemischten scharfkantigenTeilchen als Bearbeitungsfläche
wirkt. Entsprechend dem günstigeren Verhältnis Bearbeitungsfläche zu Oberfläche
der in der Einrichtung befindlichen zu bearbeitenden Fasern wird der Arbeitsaufwand
je 100 kg Fasern um das
10- bis 15fache vermindert. Die Festigkeitseigenschaften
des aus einem nacl-. dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeschlossener Ganzstoffes
gebildeten Papiers sind Cge&genüber der Festigkeitseigenschaften des aus einem
nach bekannten Verfahren bereiteten Faserstoffes gebildeten Papiers wesentlich besser.
So wurden folgende technologische Daten an einem auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner
hergestellten Musterblatt bei einern Mahlgrad von 41' SR gemessen (daneben die Daten
des gleichen, nach bekannten Mahlverfahren aufgeschlossenen Ganzstoffes):
| Neues Bekannte |
| Verfahren Mahlverfahren |
| Mahlgrad, ' SR ......... 41 41 |
| Reißlänge, m ........... 8000 5800 |
| Dehnung, % ............ 4,5 3,5 |
| Relativer Berstdruck, kg 4,2 3,5 |
| Weiterreißfestigkeit, |
| cmg/cm .............. 175 170 |
| Luftdurchlässigkeit, mi .. 180 40 |
| Spezifischer Arbeitsbedarf, |
| kWh/100 kg .......... 2 24 |
Ein Vergleich der Werte zeigt eine wesentliche Verbesserung der Reißlänge, der Dehnung,
des Berstdruckes sowie der Luftdurchlässigkeit. Lediglich in bezug auf Weiterreißfestigkeit
gleichen sich die Werte. Am augenscheinlichsten ist die Reduzierung des spezifischen
Arbeitsbedarfes von 24 kWh/100
kg
auf 2 kWh/100
kg, also auf ein Zwölftel.
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Bei der Durchfüle-ung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine
Stoffdichte von 10 bis 20%, vorzugsweise 12 bis 181/o, angewandt. In diesem Stoffdichtebereich
können sich die Fasern den auf sie einwirkenden Teilchen anpassen, so daß ein besonders
schonender Aufschluß gewährleistet ist. Es ist bekannt, daß die Hemizellulose in
diesem Stoffdichtebereich am günstigsten quillt.
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Die scharfkantigen Teilchen werden dem Fasergemisch entsprechend dem
Verwendungszweck des Endproduktes und demCharakter der aufzubereitenden Pflanzenfasern
beigemischt. FI1F die Herstellung von Pergamin ist es z.B. zweckmäßig, dem Fasergemisch
relativ viel scharfkantige Teilchen beizumischen. Bei Papieren, zu deren Herstellung
gemäß der Erfindung aufgeschlossene Pflanzenfasern benutzt werden sollen, wobei
die Pflanzenfasern eine längere Aufbereitungszeit benötigen, werden entsprechend
weniger scharfkantige Teilchen beigemengt. Man hat somit die Möglichkeit, durch
eine Veränderung des Zugabeverhältnisses an scharfkantigen Teilchen den Aufbereitungsvorgang
zu steuern. Die Größe der scharfkantigen Teilchen, d. h. ihre linearen Abmessungen,
sind dabei in der Regel geringer, jedenfalls aber nicht größer als die mittlere
Faserlänge der zu bearbeitenden Pflanzenfasern.
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Als beizumischende scharfkantige Teilchen werden nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung Quarzsand, Harzsplitter od. dgl. verwendet. Auch die Beimischung
von Eiskristallen ist möglich und liefert gute Ergebnisse, wenn man für Aufrechterhaltung
einer das vorzeitige Abschmelzen der Eiskristalle verhindernden Temperatur der Aufschwemmung
sorgt. Entsprechend der Art der beigemischten Teilchen müssen diese, beispielsweise
Quarzsand, nach Beendigung des Faseraufschlusses aus dem Fasergernisch
%#Jeder
ausgeschieden werden. Harz kann in dem Fasergemisch verbleiben, während sich Eiskristalle
mit der Zeit von selbst wieder auflösen. Zum Ausscheiden der die Weiterverarbeitung
der aufgeschlossenen Pflanzenfasern störenden Beimischungen werden an sich bekannte
Zentrifugalreiniger od. dgl. verwendet.
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Als Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird eine Anlage vorgeschlagen, die aus einem ersten Eindicker, einer Knet- und
Walkmaschine, einer Mischbütte und gegebenenfalls einem Wirbelabscheider besteht.
Da die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung günstigen Stoffdichten
für eine wirkungsvolle Ausscheidung der störenden Beimischungen in einem Wirbelabscheider
zu hoch ist, muß das aufbereitete Fasergemisch vor der Zuführung zum Wirbelabscheider
in einer Mischbütte in entsprechender Weise verdünnt werden. Der von den störenden
Teilchen gereinigte Gutstoff aus diesem Wirbelabscheider wird dann durch einen weiteren
Eindicker auf die für die Weiterbehandlung des Faserstoffes geeignete Stoffdichte
eingedickt. Die beschriebene Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
kann kontinuierlich. oder diskontinuierlich betrieben werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Der Halbstoff fließt dem ersten Eindickerl mit einer Stoffdichte von
etwa 40110 zu und wird durch diesen auf 10 bis 20% eingedickt. Dem eingedickten
Halbstoff werden über die Leitungen3 und 10 die scharfkantigen Teilchen,
in diesem Fall Ouarzsand, zugemischt, worauf das Fasergemisch in eine Knet-und Walkmaschine2
eintritt. Da in der Knet- und Walkmaschine nur geringe Bearbeitungskräfte auftreten,
kann dieselbe in Blech oder sogar Korund ausgeführt werden. Nach beendigtem Aufschlußvorgang
wird das Fasergemisch in einer Mischbütte 4, der über die Leitung 5 und die
vom ersten Eindicker 1. ausgehende Leitung 6 Wasser zufließt, auf
die in den nachgeschalteten Zentrifugalreinigern 7
erforderliche Stoffdichte,
z. B. 0,5#%, verdünnt. Nach Ausscheidung des Quarzsandes aus der Faserstoffsuspension
in den Zentrifugalreinigern 7 fließt die Faserstoffsuspension über Leitungen
8 zur Eindickung dem zweiten Eindicker 9 zu, dessen Abwasser über
die Leitung 5 zur Mischbütte 4 geführt wird. Der ausgeschiedene Sand wird
über eine Leitung 11 einem weiteren Zentrifugalreiniger 12 zugeleitet, in
dem der während des Bearbeitungsvorganges durch gegenseitige Reibung der Sandkörner
in geringem Maß entstehende, nicht mehr verwendbare Sandstaub von den wieder verwendbaren
Sandkörnern abgetrennt wird. Der Sandstaub wird über eine Leitung 13 zu einem
Absetzkasten 14 geführt, aus dem das geklärte Wasser über eine Leitung
15 und einen Sichter 16
der Mischbütte 4 zufließt. Die im Zentrifugalreiniger
12 abgetrennten Sandkörner kehren über die Leitung 3 zu der Knet- und Walkmaschine
2 zurück. Entsprechend der im Absetzkasten 14 ausgeschiedenen Menge Sandstaub wird
frischer Sand' aus dem Vorratsbehälter 17 über die Leitung 10 der
Knet-und Walkmaschine 2 zu-eführt. Die Reinigung des benutzten Sandes kann außer
in Zentrifugalreinigern auch in anderen Reinigungseinrichtungen erfolgen.
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Die Ansprüche 2 und 3 haben nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch
Gültigkeit.